在追求更高效、更节能的电子设备的道路上，科学家们取得了一项突破性进展。研究人员开发了一种新型的“三明治”结构材料，展现出量子反常霍尔效应（QAH），使得电子能在更高温度下几乎无电阻地传输。这一成果不仅有望大幅提升计算能力，还能显著降低能耗，为未来电子设备的发展铺平了道路。

科学家们一直在努力提高计算机的性能，同时最小化能源消耗。一个重大的突破将是发现一种在标准工作温度下以接近零电阻传导电子的材料。在这项研究中，研究人员在一种层状“三明治”结构中识别出了一个有前景的候选材料，展现出QAH效应。这种罕见的现象允许电子在材料边缘以几乎无电阻的方式传输，且电子的自旋方向一致。

强大的计算机提供了巨大的好处，但它们也带来了高能耗。这项研究探索的三明治结构为利用电子自旋的设备铺平了道路，这些设备不仅速度更快，而且能效更高。此外，这项研究还丰富了我们对层状材料堆叠中原子级相互作用的理解。对于旨在开发推动零电阻材料向更高温度发展的科学家和工程师来说，这些见解至关重要。

这项研究研究了碲化铋（Bi2Te3），这是一种拓扑绝缘体。这意味着材料内部是电绝缘的，但可以在其表面传导电流。要将拓扑绝缘体（包括自旋向上和自旋向下的电流）转变为QAH绝缘体（只有一种自旋类型的电流），需要在材料中诱导磁序。添加少量的磁性掺杂剂可能是一个挑战性的过程，实际上会导致磁无序，大大抑制了可以观察到QAH效应的温度。

一个更好的策略是用铁磁层夹住拓扑绝缘体，通过近邻效应诱导磁序。一个有前景的架构是三明治结构，其两侧是铁磁绝缘体单层，锰碲化铋（MnBi2Te4），夹在超薄拓扑绝缘体层，Bi2Te3之间。

在高级光源（Advanced Light Source），一个能源部科学办公室的用户设施中，研究人员使用分子束外延工艺合成了这种三明治结构，该工艺从不同成分材料的源中逐层精心构建原子层。然后将样品转移到一个互联的实验室，使用紫外线探测系统的电子行为。

通过检查表面对入射光的响应发射的电子，研究人员发现了与预测的QAH效应一致的特征，表明这种量子材料三明治是支持在较高温度下QAH效应的一个好候选。

这项在量子材料领域的突破为开发新一代电子设备提供了新的可能性。随着对QAH效应的进一步研究和应用，我们有望在未来看到计算能力更强、能效更高的电子设备，从而在各个领域推动技术进步。我们邀请您在评论区分享您对这项技术的看法，以及它可能对电子设备和量子计算领域带来的影响。

参考资料：DOI： 10.1002/adma.202107520